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[국내논문] 콘크리트 원형단면에서의 섬유분포계수
Fiber Orientation Factor on a Circular Cross-Section in Concrete Members 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.26 no.3, 2014년, pp.307 - 313  

이성철 (국제원자력대학원대학교 원자력산업학과) ,  오정환 (에너지기술평가원 해상풍력추진단) ,  조재열 (서울대학교 건설환경공학부)

초록
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섬유보강 콘크리트의 균열 후 인장 거동을 예측하기 위해서는 균열면에 걸쳐 있는 섬유의 개수를 산정하는 섬유분포계수를 합리적으로 예측하는 것이 필요하다. 이 논문에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 분석하기 위해, 콘크리트 압축강도, 단면 크기, 섬유 종류 및 섬유혼입률 등을 변수로 강섬유보강 콘크리트 공시체를 제작하였으며, 제작한 공시체들을 타설 방향에 수직인 방향으로 절단한 후, 절단된 원형 단면에서의 섬유 개수로부터 섬유분포계수를 측정하였다. 측정 결과, 섬유가 타설면에 평행하게 분포할 확률이 증가함에 따라 실제 원형단면에서의 섬유분포계수가 일반적으로 알려진 0.5보다 작은 것으로 나타났다. 또한, 단위 면적 당 섬유 개수가 증가할수록 섬유분포계수가 감소하는 것으로 나타났다. 이 논문에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 합리적으로 예측하기 위해 섬유가 분포할 수 있는 각을 기하학적으로 분석하고, 이로부터 상세 모델과 단순화한 식을 유도하였다. 제안된 모델과 실험에서 측정된 섬유분포계수를 비교한 결과, 제안된 모델이 실제 원형단면에서의 섬유분포계수를 잘 예측하는 것으로 나타났다. 이 연구로부터 확보된 실험 결과 및 제안 모델은 향후 원형단면을 지닌 섬유보강 콘크리트 기둥 부재 등의 구조적 거동 연구에 매우 유용할 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to predict the post-cracking tensile behavior of fiber reinforced concrete, it is necessary to evaluate the fiber orientation factor which indicates the number of fibers bridging a crack. For investigation of fiber orientation factor on a circular cross-section, in this paper, cylindrical s...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 이 연구에서는 섬유분포계수 산정 시 타설 방향 및 섬유혼입률에 대한 영향을 고려하기 위해, 타설 방향이 균열면과 수직인 경우에 대해 이론으로부터 유도된 섬유분포계수 예측값을 줄일 수 있는 감소계수, Kd를 도입하였다. Kd는 Fig.
  • 따라서, 이 연구에서는 흐름이 발생하지 않는 일반 강섬유보강 콘크리트를 대상으로, 압축강도 공시체 제작과 동일한 과정을 거쳐 타설 방향이 원형단면과 수직인 시험체를 제작하여 섬유분포계수에 대해 실험적으로 분석하고자 한다. 또한, 이에 대한 이론 모델을 개발하고 실험 결과와의 비교를 통해 검증하고자 한다.
  • 따라서, 이 연구에서는 흐름이 발생하지 않는 일반 강섬유보강 콘크리트를 대상으로, 압축강도 공시체 제작과 동일한 과정을 거쳐 타설 방향이 원형단면과 수직인 시험체를 제작하여 섬유분포계수에 대해 실험적으로 분석하고자 한다. 또한, 이에 대한 이론 모델을 개발하고 실험 결과와의 비교를 통해 검증하고자 한다.
  • 이 연구에서는 원형단면 내에서의 섬유분포계수를 확인하기 위해 원형공시체를 제작하였으며, 섬유분포계수에 대한 시험체 크기의 영향을 확인하기 위해 Φ150×300 mm 및 Φ100×200 mm 등 두 가지 크기에 대해 시험체를 제작하였다.
  • 이 연구에서는 타설 방향에 수직인 원형 단면에서의 섬유분포계수에 대해 조사하기 위해 지름 100 mm 및 150 mm를 지닌 원형 공시체를 제작 후 절단하여 원형 단면 내에서의 섬유분포계수를 측정하였다. 섬유분포계수 측정 결과, 섬유가 타설면에 평행하게 분포할 확률이 증가함에 따라 섬유분포계수가 기존의 이론값인 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 강섬유보강 콘크리트 공시체를 제작할 때 설정한 변수는 무엇인가? 섬유보강 콘크리트의 균열 후 인장 거동을 예측하기 위해서는 균열면에 걸쳐 있는 섬유의 개수를 산정하는 섬유분포계수를 합리적으로 예측하는 것이 필요하다. 이 논문에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 분석하기 위해, 콘크리트 압축강도, 단면 크기, 섬유 종류 및 섬유혼입률 등을 변수로 강섬유보강 콘크리트 공시체를 제작하였으며, 제작한 공시체들을 타설 방향에 수직인 방향으로 절단한 후, 절단된 원형 단면에서의 섬유 개수로부터 섬유분포계수를 측정하였다. 측정 결과, 섬유가 타설면에 평행하게 분포할 확률이 증가함에 따라 실제 원형단면에서의 섬유분포계수가 일반적으로 알려진 0.
본 연구에서 대부분의 시험체의 섬유분포계수가 0.5보다 작은 값이 나타난 이유는 무엇인가? 5보다 작은 값으로 나타났다. 이는 다짐 과정에서 타설면의 방향으로 강섬유가 눕게 되는 경향 때문인 것으로 설명된다. 이러한 실험 결과는, 타설방향이 절단면과 수직인 경우에 대한 섬유분포계수가 타설방향이 절단면과 평행한 경우에 대한 섬유분포계수보다 상당히 작게 나타난 선행 연구 결과19)와 일치한다.
균열 후 취성적인 인장 거동을 보이는 일반 콘크리트와 달리, 섬유보강 콘크리트는 어떠한 특징을 가지고 있는가? 균열 후 취성적인 인장 거동을 보이는 일반 콘크리트와 달리, 섬유보강 콘크리트는 균열면에서의 섬유들의 인발 거동으로 인해 균열 이후에도 연성적인 거동을 보이는 특징이 있다. 이러한 장점을 토대로 여러 연구자들1-9)이 섬유보강 콘크리트를 구조부재로서 활용하기 위한 이론 및 실험적인 연구를 수행해 왔다.
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참고문헌 (19)

  1. Parra-Montesinos, G. J., "High-Performance Fiber-Reinforced Cement Composites: An Alternative for Seismic Design of Structures," ACI Structural Journal, Vol. 102, No. 5, 2005, pp. 668-675. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/14662) 

  2. Minelli, F. and Vechcio, F. J., "Compression Field Modeling of Fiber-Reinforced Concrete Members Under Shear Loading," ACI Structural Journal, Vol. 103, No. 2, 2006, pp. 244-252. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/15182) 

  3. Kim, W. S., Kwak, Y. K., and Kim J. B., "Prediction of Flexural Capacities of Steel-Fiber Reinforced Concrete Beams," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 18, No. 3, 2006, pp. 361-370. 

  4. Oh, Y. H. and Kim, J. H., "Estimation of Flexural and Shear Strength for Steel Fiber Reinforced Flexural Members without Shear Reinforcements," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 20, No. 2, 2008, pp. 257-267. 

  5. Yang, I. H., Joh, C. B., Kang, S. T., and Kim, B. S., "An Experimental Study on Flexural Behavior of Steel Fiber Reinforced Ultra High Performance Concrete," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 21, No. 6, 2009, pp. 737-744. (doi: http://dx.doi.org/10.4334/JKCI. 2009.21.6.737) 

  6. Lee, S. C., Kim, J. H., Cho, J. Y., and Shin, K. J., "Tension Stiffening of Reinforced High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC)," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 22, No. 6, 2010, pp. 859-866. (doi: http://dx.doi.org/10.4334/JKCI. 2010.22.6.859) 

  7. Shin, K. J., Kim, J. H., Cho, J. Y., and Lee, S. C., "Flexural Behavior of High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC) Beam with a Reinforcing Bar," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 2, 2011, pp. 169-176. 

  8. Dinh, H. H., Parra-Montesinos, G. J., and Wight, J. K., "Shear Behavior of Steel Fiber-Reinforced Concrete Beams without Stirrup Reinforcement," ACI Structural Journal, Vol. 107, No. 5, 2010, pp. 597-606. (doi: http:// dx.doi.org/10.14359/51663913) 

  9. Susetyo, J., Gauvreau, P., and Vecchio, F. J., "Effectiveness of Steel Fiber as Minimum Shear Reinforcement," ACI Structural Journal, Vol. 108, No. 4, 2011, pp. 488-496. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/51682990) 

  10. Marti, P., Pfyl, T., Sigrist, V., and Ulaga, T., "Harmonized Test Procedures for Steel Fiber-Reinforced Concrete," ACI Structural Journal, Vol. 96, No. 6, 1999, pp. 676-686. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/794) 

  11. Voo, J. Y. L. and Foster, S. J., "Variable Engagement Model for Fibre Reinforced Concrete in Tension," Uniciv Report No. R-420, School of Civil and Environmental Engineering, The University of New South Wales, 2003, 86 pp. 

  12. Leutbecher, T. and Fehling E., "Crack Width Control for Combined Reinforcement of Rebars and Fibers Exemplified by Ultra-High-Performance Concrete," fib Task Group 8.6, Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete-UHPFRC, 2008, pp. 1-28. 

  13. Stroeven, P., "Stereological Principles of Spatial Modeling Applied to Steel Fiber-Reinforced Concrete in Tension," ACI Materials Journal, Vol. 106, No. 3, 2009, pp. 213-222. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/56545) 

  14. Lee, S.-C., Cho, J.-Y., and Vecchio, F. J., "Diverse Embedment Model for Fiber Reinforced Concrete in Tension: Model Development," ACI Materials Journal, Vol. 108, No. 5, 2011, pp. 516-525. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/51683261) 

  15. Lee, S.-C., Cho, J.-Y., and Vecchio, F. J., "Diverse Embedment Model for Fiber Reinforced Concrete in Tension: Model Verification," ACI Materials Journal, Vol. 108, No. 5, 2011, pp. 526-535. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/51683262) 

  16. Lee, S.-C., Cho, J.-Y., and Vecchio, F. J., "Simplified Diverse Embedment Model for Steel Fiber-Reinforced Concrete Elements in Tension," ACI Materials Journal, Vol. 110, No. 4, 2013, pp. 403-412. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/51685787) 

  17. Aveston, J. and Kelly, A., "Theory of Multiple Fracture of Fibrous Composites," Journal of Materials Science, Vol. 8, No. 3, 1973, pp. 352-362. (doi: http://dx.doi.org/10.1007/BF00550155) 

  18. Soroushian, P. and Lee, C.-D., "Distribution and Orientation of Fibers in Steel Fiber Reinforced Concrete," ACI Materials Journal, Vol. 87, No. 5, 1990, pp. 433-439. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/1803) 

  19. Gettu, R., Gardner, D. R., Saldivar, H., and Barrangan, B. E., "Study of the Distribution and Orientation of Fibers in SFRC Specimens," Materials and Structures, Vol. 38, No. 1, 2005, pp. 31-37. (doi: http://dx.doi.org/10.1007/BF02480572) 

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